Quand ladistance entrelesdeux centresdebillesdevient inf´
erieure au diam`
etred’unebille,elles
entrentencontactetsubissentuned´
eformation ´
elastique,sousl’action d’uneforce,quin’adesens
physiquequepour
δ
≥0,dont lemodule estnot´
eFde.Si l’on notePlapression moyenne agissant
surlasurface de contact,laloideHookestipuleque
P=Fde
4
π
a2=
εδ
a
o`
u
ε
estune constantepositive appel´
ee moduledeYoung delabille etquicaract´
eriseson ´
elasticit´
e.
Danscettepartie,la collision estsuppos´
ee ˆ
etre´
elastique,c’est-`
a-direquel’´
energiem´
ecaniquetotale
du syst`
emedesdeux billesest identique avantetapr`
esle choc(apr`
esquelesbilles sesonts´
epar´
ees).
Onconsid`
eredanstoute cettepartieque
δ
≪R.
1—V´
erifierque
ε
esthomog`
ene`
aunepression.Montrerqu’`
al’ordre1en
δ
/R,lediam`
etredu
m´
eplats’´
ecrit a=2√2R
δ
.Onconservera cette expression danstout leprobl`
eme.
2—Donnerl’expression du moduleFdedelaforce ded´
eformation enfonction deR,
δ
et
ε
.En
d´
eduire,l’´
energiepotentielleEpdontd´
erive cetteforce.On prendraEp≥0.
Figure2
3—On notex1etx2lesabscissesrespectivesdescentres
desbilles(Fig.2).Quand ladistance entre cescentresest
inf´
erieure au diam`
etre,donnerlarelation entre
δ
,x1,x2et
R.En d´
eduirex′
1=dx1/dtenfonction de
δ
′=d
δ
/dt.
4—Exprimerl’´
energiem´
ecaniquetotaleEmdesdeux
billespendant le choc enfonction deR,
ε
,m,
δ
et
δ
′?
5—Pourquoi laquantit´
edemouvementdu syst`
eme
constitu´
eparlesdeux billesest-ellelamˆ
eme avantetapr`
es
le choc ? Quelle est larelation simpleliant lesvitesses−→
w1et
−→
w2desbillesunefoisqu’elles sesonts´
epar´
ees?
6—Quelle est larelation liantv`
alanormedesvecteurs−→
wdelaquestion 5 ?
7—D´
eterminerlavaleurmaximale
δ
matteintepar
δ
aucoursdela collision enfonction de
ρ
b,v,
ε
etR.Que constatez-vouspourlad´
eformation maximaleum=
δ
m/R?
8—En utilisant l’expression del’´
energiem´
ecaniquetotaleEm,d´
eterminerladur´
ee
τ
dela colli-
sion,c’est-`
a-direletempspendant lequel lesbillesrestentencontact.Onexprimera
τ
enfonction de
ε
,m,v,Retdel’int´
egrale
I=Z1
0
du
p1−u5/2
9—Application num´
erique:calculer
τ
etumpourdesparticulesdesabledevitessev=3,00 m.s−1,
demoduledeYoung
ε
=7,00×1010 Pa etdemassevolumique
ρ
b=2,50×103kg.m−3danslesdeux
cas suivants:R=1,00×10−4metR=1,00×10−3m.On donneI≈1,47.On v´
erifieraqueler´
esultat
estexprim´
e ensecondes.
FIN DELA PARTIEI
II.—Collisionsavec perte d’´
energie
Figure3
Onconsid`
eremaintenantdeux billesd´
eformables
in´
elastiques sed´
eplac¸antsurun axehorizontalavec
lesvitesses−→
v1=v1b
uxpourlaparticule`
agauche et
−→
v2=v2b
uxpourlaparticule`
adroite.